CN110292837A - 空气干燥系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空气干燥系统及其方法。空气干燥系统(200)包括耦接到通过其接收湿气(350)的第一空气入口(201)的压缩机(207)、与压缩机(207)流体连通并耦接到通过其排出干燥空气(360)的第一空气出口(203)的第一涡轮机(205)，和耦接到第二空气出口(202)和第二空气出口(204)并至少部分地被第二空气入口(202)和第二空气出口(204)之间的压力差引起的气流驱动的第二涡轮机(206)，其中第二涡轮机(206)通过驱动结构(211)操作地耦接到压缩机(207)和第一涡轮机(205)使得第二涡轮机(206)的旋转驱动压缩机207和第一涡轮机(205)的旋转。
Description
技术领域
示例性实施例总体涉及空气干燥系统并且更具体地涉及飞机空气干燥系统。
背景技术
相关研究的简要说明
通常，多年来已经对商用飞机报道了水分产生。例如，水分的产生可能因飞行的巡航段期间，飞机的顶罩区中的水蒸气在飞机隔离层的内侧和外侧的冷结构和设备(“统称为冷表面”)上冷凝而产生(尽管水蒸气也可在飞行的其它段期间冷凝)。冷凝的水蒸气可能冻结在冷表面上，并且在飞机的降落和着陆期间融化。现在呈水滴形式的融化和冷凝的水蒸汽(通常称为飞机中的小雨)可在整个飞机迁移到诸如机舱区域、飞机设备区域和/或飞机隔离区域的区域。由顶罩区湿气的冻结/解冻循环产生的水滴可降低飞机部件的使用寿命，降低乘客舒适度，并增加飞机隔离层的重量(这可能增加燃料、维护和其他操作成本)。
通常，水蒸气已经从飞机内的空气去除，或者已经使用例如区域干燥器和顶罩通风干燥隔离层。区域干燥器接收来自顶罩区的湿气并且使湿气穿过干燥剂转轮，在那里干燥空气随后被存放回顶罩区中。顶罩通风将来自机舱空气调节组件的干燥空气引导到顶罩区中。这两种空气干燥方法都旨在干燥顶罩区中的空气，但不可以减少飞机的冷表面上的水分积聚，这可能导致水滴在飞机的降落和着陆时的形成。进一步地，这些上述空气干燥方法可以仅干燥润湿的飞机隔离层，并且不可以降低水蒸汽冷凝以及上述的冻结和解冻循环的可能性。
发明内容
因此，旨在解决以上所指出的问题中的至少一个或多个的设备和方法将是有用的。
以下是根据本公开的主题的已要求或未要求的未详尽罗列的示例。
根据本公开的主题的一个示例涉及空气干燥系统，其包括：压缩机，耦接到第一空气入口，该压缩机通过第一空气入口接收湿气；第一涡轮机，与压缩机流体连通并耦接到第一空气出口，干燥空气通过该第一空气出口排出；以及第二涡轮机，耦接到第二空气入口和第二空气出口并至少部分地由第二空气入口和第二空气出口之间的压力差引起的气流所驱动；其中第二涡轮机通过驱动结构可操作地耦接到压缩机和第一涡轮机使得第二涡轮机的旋转驱动压缩机和第一涡轮机的旋转。
根据本公开的主题的另一示例涉及飞机，其包括：形成机舱区域的框架，该机舱区域包括顶罩区和绝缘区，该绝缘区至少设置在顶罩区和耦接到框架的外部蒙皮之间；以及耦接到框架的空气干燥系统，该空气干燥系统包括：压缩机，其具有耦接到第一空气入口的入口，设置该第一空气入口以便接收来自顶罩区的湿气；第一涡轮机，其与压缩机流体连通并耦接到通过其将干燥空气排放入顶罩区和绝缘区中的一个或多个中的第一空气出口；以及耦接到第二空气入口和第二空气出口的第二涡轮机，设置该第二空气入口以便接收来自机舱区域的空气，且设置第二空气出口以便将空气排放到飞机的外部，第二涡轮机至少部分地被第二空气入口和第二空气出口之间的压力差引起的气流驱动；其中，第二涡轮机通过驱动结构可操作地耦接到压缩机和第一涡轮机使得第二涡轮机的旋转驱动压缩机和第一涡轮机的旋转。
根据本公开的主题的又一示例涉及一种干燥空气的方法，该方法包括：通过第一空气入口将湿气接收到压缩机中；通过第一空气出口将干燥空气从第一涡轮机排出，其中第一涡轮机与压缩机流体连通；利用第二空气入口和第二空气出口之间的压力差引起的气流至少部分地驱动第二涡轮机，第二空气入口和第二空气出口耦接到第二涡轮机；利用第二涡轮机的旋转，通过驱动结构至少部分地驱动压缩机和第一涡轮机的旋转。
附图说明
已经如此概括地描述了本公开的示例，现将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中，贯穿几个视图，相同的附图标记表示相同或者相似部件，并且其中：
图1是根据本公开的各方面的飞机的示意性等比例视图；
图2是根据本公开的各方面的空气干燥系统的示意性框图；
图3是根据本公开的各方面的图1的飞机的一部分的示意性横截面视图；以及
图4是根据本公开的各方面的空气干燥方法的示意性流程图。
具体实施方式
参照图1和图2，本公开的各方面可以提供相对于上述的传统区域干燥器和顶罩通风系统有所改进的飞机水分控制架构。例如，本公开提供了一种空气干燥系统200(由于涡轮机包含在空气干燥系统200中，其可称为“涡轮干燥器”)，该空气干燥系统200接收来自飞机100的顶罩区130的湿气350并且使湿气350穿过压缩机207、热交换器210、水分离器209和第一涡轮机205以使干燥空气360返回到至少顶罩区130。空气干燥系统200在例如飞机100的巡航飞行期间至少部分地通过第二涡轮机206提供动力，该第二涡轮机206通过来自例如机舱区域120和/或飞机100的加压隔室的任何其它部分(为了方便，飞机的整个加压隔室通常称为机舱区域120)的机舱空气290流动而驱动。第二涡轮机206的第二涡轮机排气280离开飞机100至飞机100外部的大气压力，其中，大气压力是对应于例如巡航高度的压力。根据本公开的方面，来自例如驱动第二涡轮机206的机舱区域120的机舱空气290的流动是由机舱空气290的空气压力与飞机100外部的空气压力之间的压力差引起的。第二涡轮机206的操作可在例如巡航飞行期间(或在提供足够的压力差以驱动第二涡轮机206的高度处)提供用于驱动空气干燥系统200的能量收集和降低的或零功率需求。当飞机100例如在地面上时，空气干燥系统200可通过任何合适的马达(诸如电动马达208)提供动力。在飞机100从巡航高度爬升和降落期间，电动马达208还可以部分地驱动第二涡轮机206(和空气干燥系统的其它旋转部件)。作为上述的示例，第一涡轮机205与第二涡轮机206和/或电动马达208一致地驱动该驱动结构211，使得驱动结构211继而驱动压缩机207。
空气干燥系统200可以以足够的体积流量产生干燥空气360(图3)，以减少或消除飞机100内的水蒸气冷凝。在一个方面，空气干燥系统200的体积流量为每个飞机100框架舱185，约8立方英尺(或更多)/分钟(CFM)(例如，约13.5立方米/小时)或更多。在其它方面，体积流量可以小于约8CFM并且可以取决于框架舱的尺寸。注意，每个框架舱185包括设置在飞机100框架180的纵向间隔开的框架构件181之间的区域。由空气干燥系统200产生的干燥空气360可以例如喷射在飞机隔离层320(图3)和外部蒙皮310(图3)的内表面311(图3)之间，或者喷射在飞机100的任何其他合适的位置处，以移动顶罩区130(或飞机100的其他合适的部分)中的湿气350，该湿气将以其他方式存在于外部蒙皮310附近。空气干燥系统200和由此产生的干燥空气360可以减少或以其他方式基本上消除至少在飞机100的顶罩区130中的水蒸气冷凝，减少飞机隔离层320(图3)吸收的水分，并且减少或基本上消除飞机100的内部上的水蒸气冷凝的影响。
以下提供了根据本公开内容的主题的已要求或未要求的示例性未详尽罗列的示例。
仍参照图1，飞机100示出为具有框架180、机翼106和发动机108的固定翼飞机。框架180包括纵向间隔开的框架构件181和纵梁182，框架构件181和纵梁182与飞机100的外部蒙皮310一起形成机身102。机身102具有机舱区域120，该机舱区域120包括顶罩区130和货物/舱底区域140。在其他方面，飞机100可以是任何合适的固定翼和/或旋转翼飞机。在一个方面，空气干燥系统200可以耦接到飞机100的框架180并且设置在例如飞机100的顶罩区130中。在其他方面，空气干燥系统200可设置在飞机的任何合适的区域中，诸如在货物/舱底区域140或任何飞机设备存储区域中。在一个方面，空气干燥系统200可以是空气干燥组件170的形式，使得空气干燥系统200的至少旋转部件(例如，压缩机207、第一涡轮机205和第二涡轮机206，参见图2)、热交换器210(图2)和水分离器209(图2)作为模块化单元耦接到框架180。可以存在设置在单个飞机100中的一个或多个空气干燥组件170。在其它方面，空气干燥系统200部件中的一个或多个可以独立于其它空气干燥系统200部件单独地耦接到框架，其中旋转部件以任何合适的方式(例如，以驱动结构连通或通过驱动结构211彼此耦接)驱动地彼此耦接，且提供了合适的导管235、236、237、238、239、231、232、233、234(注意，集成到图2中的导管中的箭头示出了流动穿过空气干燥系统200的流体的方向)，使得空气干燥系统200部件彼此流体连通以干燥本文所述的空气。
空气干燥系统200可以以任何合适的方式耦接到框架180。例如，一个或多个隔振器190可以设置在空气干燥系统200和框架180之间，以便基本上防止或消除振动，该振动将以其他方式由空气干燥系统200对框架180引起。空气干燥系统200的振动隔离还可以降低空气干燥系统200操作噪声对例如至少机舱区域120的乘客座位区域120P的感知。
参考图1和图2，空气干燥系统200包括压缩机207、热交换器210、水分离器209、第一涡轮机205、第二涡轮机206和电动马达208。第一空气入口201可以与顶罩区130的内部流体连通。压缩机207诸如通过任何合适的导管235耦接到第一空气入口201，其中来自顶罩区130的湿气350通过第一空气入口201被接收到压缩机207中。
第一涡轮机205与压缩机207流体连通，用于接收来自压缩机207的压缩空气。例如，热交换器210包括以任何合适的方式(诸如通过导管236)耦接到压缩机207的出口251的第一热交换器入口250。水分离器209以任何合适的方式(诸如通过导管237、238)耦接到热交换器210的第一热交换器出口252和第一涡轮机205的入口253。这里，第一涡轮机205通过热交换器210和水分离器209与压缩机207流体连通。第一涡轮机205的出口258以任何合适的方式(诸如通过导管239)耦接到第一空气出口203。第一空气出口203可设置在飞机100的任何合适的区域中，诸如在飞机100的绝缘区300(图3)中，其中来自第一涡轮机205的干燥空气360从第一空气出口203排出。
第二空气入口202可设置在飞机100的机舱区域120内以接收机舱空气290。第二涡轮机206的入口254以任何合适的方式(诸如通过导管231)耦接到第二空气入口202。第二涡轮机206的出口255与第二空气出口204流体连通，该第二空气出口204将第二涡轮机排气280从第二涡轮机206排放到飞机100的外部。如本文所述，第二涡轮机206至少部分地被第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差引起的机舱区域120的气流驱动。第二涡轮机206可通过热交换器210与第二空气出口204流体连通。例如，第二涡轮机206的出口255以任何合适的方式(诸如通过导管232、233)耦接到热交换器210的第二热交换器入口256。热交换器210的第二热交换器出口257以任何合适的方式(诸如通过导管234)耦接到第二空气出口204，以便将第二涡轮机206放置成与第二空气出口204流体连通。
仍参考图2，水分离器209包括冷凝液导管240，该冷凝液导管240耦接到第二涡轮机206的出口，以便将水分241注入至热交换器210上游的第二涡轮机206的出口255中。例如，混合腔室220可耦接到导管232、233，使得来自第二涡轮机206的第二涡轮机排气280穿过混合腔室220。冷凝液导管240可耦接到混合腔室220，使得水分241与从第二涡轮机206排出的空气混合以增大从第二涡轮机206排出的空气的水分含量。增加在空气进入第二热交换器入口256之前从第二涡轮机206排出的空气的水分含量可以增加热交换器210的热传递能力。在另一方面，诸如在从第二涡轮机排出的空气低于水的冻结温度(即，32℉或0℃)的情况下，冷凝液导管242(在图2中示出为虚线但可基本上类似于冷凝液导管240)可在第二热交换器出口257处或下游耦接到导管234，以便基本上防止固体颗粒(诸如冰晶)进入热交换器210。在一个方面，从第二涡轮机206排出的空气高于水的冻结温度(即，32℉或0℃)，以便基本上防止热交换器210上游形成诸如冰晶的固体颗粒。在其他方面，在从第二涡轮机排出的空气低于水的冻结温度(即，32℉或0℃)的情况下，气粒分离器265可设置在第二涡轮机206的出口255和热交换器210的第二热交换器入口256之间，诸如在导管232、233中或耦接到导管232、233。气粒分离器265可以是构造成从第二涡轮机206排出的空气中去除任何固体颗粒266(诸如冰晶)的任何合适的分离装置(例如，诸如旋风分离器)。
第二涡轮机206通过驱动结构211(诸如驱动轴213)可操作地耦接到压缩机207和第一涡轮机205，使得第二涡轮机206的旋转驱动压缩机207和第一涡轮机205的旋转。在一个方面，第二涡轮机206可通过第一变速器214耦接到驱动结构211。第一变速器214可以是任何合适的变速器(例如，齿轮箱、离合器式齿轮箱、皮带和滑轮等)。例如，压缩机207、第一涡轮机205和第二涡轮机206中的每一个耦接到驱动结构211，使得它们作为单个单元围绕驱动结构211的旋转轴线270旋转。电动马达208可以以任何合适的方式(诸如通过第二变速器212)耦接到驱动结构211。第二变速器可以是任何合适的变速器(例如，齿轮箱、离合器式齿轮箱、皮带和滑轮等)。例如，第二变速器212可将电动马达208耦接到驱动轴213。虽然电动马达208和第二涡轮机206在图2中示出为基本上与驱动结构211的旋转轴线270同轴(例如，以便直接驱动驱动结构211)，但是在其他方面，电动马达208和第二涡轮机206可以从旋转轴线270偏移，用于通过相应的第一变速器214和第二变速器212来驱动驱动结构211。
参考图1和图2，并且仅出于示例性目的，机舱区域120(包括顶罩区130和乘客座位区域120P)内的空气压力在约75℉(例如，约24℃)的温度下可以为约12磅/平方英寸绝对(PSIA)(例如，约83千帕斯卡(kPa))，但是可以是对飞机100的乘客舒适的任何期望的压力和温度。在约35,000英尺(ft)(例如，约10,600米(m))至约40,000ft(例如，约12,200m)的巡航高度处，飞机100外部的空气压力可以为约3PSIA(例如，21kPa)，但可根据巡航高度而变化。存在于飞机100的顶罩区130中的湿气350可具有大于约10格令水/磅(gr/lb)空气(例如，约1.4克/千克空气(g/kg))的水分含量。由空气干燥系统产生的干燥空气360可具有约10gr/lb(例如，约1.4g/kg)空气或更小的水分含量，其中温度为约水的冰点(例如，约32℉或约0℃)至约零华氏度(例如，约-18℃)。在一个方面，干燥空气360可具有约6gr/lb(例如，约0.8g/kg)空气或更小的水分含量，而在另一方面，水分含量可以为约4gr/lb(例如，约0.6g/kg)空气或更小。
如本文所述，第二涡轮机206至少部分地由第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差引起的气流所驱动。作为示例，第二空气入口处的空气为约12PSIA(例如，约83kPa)，第二空气出口处的空气为约3PSIA(例如，约21kPa)，使得压力差为约9PSIA(例如，约62kPa)。在其它方面，用于驱动第二涡轮机206的压力差至少部分地可以大于或小于约9PSIA(例如，约62kPa)。也可至少部分地由第一涡轮机205回收的能量来驱动第二涡轮机206(例如，可以降低用于驱动第二涡轮机206的能量的量)。例如，在压缩机207的出口251和第一空气出口203之间存在压力差，这导致空气从压缩机207流向第一空气出口203。压缩机的出口251处的压力可以为约60PSIA(例如，约414kPa)，且如上所述，第一空气出口处的压力为约12PSIA(例如，约83kPa)，使得在此示例中，压缩机207的出口251和第一空气出口203之间的压力差为约48PSIA(例如，约331kPa)。第一涡轮机205至少部分地被压缩机207的出口251和第一空气出口203之间的气流压力差驱动，使得压缩机至少部分地由从空气干燥系统的空气干燥过程中回收的能量驱动。这里，第一涡轮机205形成能量回收系统，该能量回收系统使用第一涡轮机205上的压力差来驱动压缩机207的旋转并降低驱动第二涡轮机206所需的能量。与没有第一涡轮机205回收的能量的情况下的空气干燥系统200的操作相比，第一涡轮机205回收的能量可允许在第二空气入口202和第二空气出口204之间的较低压力差下操作空气干燥系统200。
仍参考图1和图2，如本文所述，当第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差不足以驱动第二涡轮机时，诸如在飞机100的地面操作期间、在上升期间和/或在降落期间，电动马达208耦接到驱动结构211，以便驱动压缩机207、第一涡轮机205和第二涡轮机206的旋转。电动马达208可以在飞机的任何合适的控制器的控制之下，并且在一个方面，空气干燥系统200可以包括控制器295，该控制器295包括用于驱动如本文所述的电动马达208的任何合适的非暂时性计算机程序代码。例如，控制器295可以配置为驱动电动马达208，使得电动马达提供用于驱动该驱动结构211的变化扭矩。变化扭矩可基于第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差，如由设置在第二空气出口204处或附近的任何合适的第一压力传感器297和在第二空气入口202处或附近或者在机舱区域120内的任何合适位置处的任何合适的第二压力传感器298确定的。当第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差增加时，由电动马达208向驱动结构211施加较小扭矩，其中在巡航高度处，压缩机207和第一涡轮机205可以仅由第二涡轮机206驱动。
参考图1、图2、图3和图4，使用空气干燥系统200提供一种用于干燥空气的示例性方法。如上所述，第二涡轮机206至少部分地被第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差(图4，框402)引起的气流驱动。压缩机207和第一涡轮机205的旋转至少部分地通过被第二涡轮机206(图4，框403)旋转/驱动的驱动结构211来驱动。压缩机207、第一涡轮机205和第二涡轮机206的旋转可由电动马达208(图4，框408)驱动，直到例如第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差足以维持第二涡轮机206的旋转(其驱动压缩机207和第一涡轮机205的旋转)，而基本上无来自电动马达208的帮助。这里，用于驱动空气干燥系统200的旋转部件的电动马达208的机械输入可以随着第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差增加而减少。例如，如上所述，在巡航高度处，第二空气入口202和第二空气出口204之间的压力差可以提供用于驱动第二涡轮机206的旋转，用于干燥空气360的产生的所有(或几乎全部)能量，而基本上无来自电动马达208的输入。
压缩机207的旋转通过第一空气入口201抽吸湿气350，使得湿气350被接收到压缩机207中(图4，框400)。压缩机207将湿气350压缩至例如约60PSIA(例如，约414kPa)，其中压缩的湿气作为压缩机排气281从压缩机207排出，并且湿气的温度因压缩增加。利用第一涡轮机(图4，框405)上游的热交换器210，压缩机排气281的温度降低(并且水在第一涡轮机205上游的压缩机排气281中冷凝)。为了降低压缩机排气281的温度(并冷凝压缩机排气281中的水)，来自第二涡轮机206的空气(例如，第二涡轮机排气280)在第二热交换器入口256和第二热交换器出口257之间穿过热交换器210，使得热量从流动穿过热交换器210的压缩机排气281传递在第一热交换器入口250和第一热交换器出口252之间。热交换器210将第一涡轮机205上游的压缩机排气281中的水冷凝，使得水可以通过水分离器209从压缩机排气281中去除(例如，当与较暖的压缩机排气相比时具有更大的效率)。
在一个方面，来自水分离器209的冷凝液可排放至第二涡轮机206的出口255，以便将水分241注入至热交换器210上游的第二涡轮机206的出口255(例如，进入第二涡轮机排气280)(图4，框404)。例如，在一个方面，来自水分离器209的水分241可被喷射或以其他方式与热交换器210上游的第二涡轮机排气280混合，以增加通过热交换器210发生的热传递的量。在其它方面，来自水分离器209的冷凝液可被注入至热交换器210下游的第二涡轮机排气280。第二涡轮机排气280的温度通过热交换器210增加，使得第二涡轮机排气280的温度高于水的冰点，使得当第二涡轮机排气280通过第二空气出口204离开飞机100外部时，可防止(或减少)冰(例如，固体颗粒)的形成。如本文所述，固体颗粒可从第二涡轮机排气280分离，其中气粒分离器265和/或加热器267设置在第二涡轮机206和热交换器210之间。
利用设置在热交换器210和第一涡轮机205(图4，框406)之间水分离器209将水分从压缩机排气281分离。从压缩机排气281分离的水分241的量可取决于压缩机排气281进入水分离器209时的压力和温度。根据上述示例，压缩机排气281的温度和压力可以使得所得到的干燥空气360具有上述的水分含量。随着压缩机排气281穿过水分离器209，压缩机排气281的温度可进一步降低。由于例如存在于压缩机出口251和第一空气出口203之间的压力差(图4，框407)，干燥的压缩机排气281的气流穿过第一涡轮机205并至少部分地驱动第一涡轮机205的旋转。第一涡轮机205使干燥空气的气流膨胀并进一步冷却干燥空气的温度，使得干燥空气360通过第一空气出口203从第一涡轮机205(图4，框401)排出。如本文所述，干燥空气360具有约12PSIA(例如，约83kPa)的压力和约32℉(例如，0℃)至约0℉(例如，约-18℃)的温度。
如图3中可以看出，第一空气出口203可以是将干燥空气360注入至飞机100的绝缘区300中的空气喷射器的形式。例如，飞机的绝缘区300可以由外部蒙皮310的内表面311和设置在内表面311附近的盖330形成。绝缘区300包括设置在外部蒙皮310的内表面311附近的飞机隔离层320。盖330可以是任何合适的覆盖物，诸如例如非金属覆盖物，其设置在飞机隔离层320上方，使得飞机隔离层320设置在外部蒙皮310的内表面311和盖330之间。盖330可以配置为包含可以在外部蒙皮310的内表面311上和/或飞机隔离层320上形成的至少一些冷凝。第一空气出口203可相对于飞机隔离层320和内表面311设置，使得干燥空气360被喷射在内表面311和飞机隔离层320之间。喷射的干燥空气360可以置换和/或干燥可能存在于绝缘区300中的至少一些水分。由第一涡轮机205排出的干燥空气360的温度可以使得温度基本上匹配外部蒙皮310的至少内表面311的温度，这可以防止当干燥空气360撞击或以其他方式接触内表面311时形成冷凝。
根据本发明的各方面提供了以下示例：
A1.一种空气干燥系统，其包括：
压缩机，耦接到第一空气入口，该压缩机通过第一空气入口接收湿气；
第一涡轮机，与压缩机流体连通并耦接到第一空气出口，干燥空气通过第一空气出口排出；和
第二涡轮机，耦接到第二空气入口和第二空气出口并至少部分地由第二空气入口和第二空气出口之间的压力差引起的气流所驱动；
其中，第二涡轮机通过驱动结构可操作地耦接到压缩机和第一涡轮机使得第二涡轮机的旋转驱动压缩机和第一涡轮机的旋转。
A2.根据段落A1所述的空气干燥系统，进一步包括：
热交换器，具有耦接到压缩机的出口的第一热交换器入口；以及
水分离器，耦接到热交换器的第一热交换器出口和第一涡轮机的入口。
A3.根据段落A2所述的空气干燥系统，其中：
第二涡轮机的出口耦接到热交换器的第二热交换器入口；且
热交换器的第二热交换器出口耦接到第二空气出口。
A4.根据段落A3所述的空气干燥系统，其中，水分离器包括冷凝液导管，该冷凝液导管耦接到第二涡轮机的出口，以便将水分注入至热交换器的上游或下游的第二涡轮机的出口。
A5.根据段落A3所述的空气干燥系统，进一步包括气粒分离器，其设置在第二涡轮机的出口和热交换器的第二热交换器入口之间。
A6.根据段落A3所述的空气干燥系统，其中，水分离器包括冷凝液导管，其耦接到热交换器的第二热交换器出口。
A7.根据段落A1-A6中任一个所述的空气干燥系统，其中，第一涡轮机至少部分地由压缩机的出口和第一空气出口之间的气流压力差所驱动。
A8.根据段落A1-A6中任一个所述的空气干燥系统，进一步包括耦接到驱动结构的电动马达。
A9.根据段落A8所述的空气干燥系统，当第二空气入口和第二空气出口之间的压力差不足以驱动第二涡轮机时，该电动马达配置为驱动压缩机、第一涡轮机和第二涡轮机。
A10.根据段落A1-A9中任一个所述的空气干燥系统，其中，第二涡轮机的第二涡轮机排气处于水的结冰点之上的温度。
A11.根据段落A1-A9中任一个所述的空气干燥系统，其中，干燥空气包括每磅空气具有约10格令或更少的水的空气。
A12.根据段落A1-A9中任一个所述的空气干燥系统，其中，干燥空气包括每磅空气具有约6格令或更少的水的空气。
A13.根据段落A1-A9中任一个所述的空气干燥系统，其中，干燥空气包括约水的结冰点至约零华氏度的温度。
A14.根据段落A1-A9中任一个所述的空气干燥系统，其中，湿气包括每磅空气具有约大于10格令的水的空气。
B1.一种飞机，其包括：
形成机舱区域的框架，该机舱区域包括顶罩区和绝缘区，该绝缘区至少设置在顶罩区和耦接到框架的外部蒙皮之间；和
耦接到框架的空气干燥系统，该空气干燥系统包括：
压缩机，其具有耦接到第一空气入口的入口，设置该第一空气入口以便接收来自顶罩区的湿气；
第一涡轮机，其与压缩机流体连通并耦接到第一空气出口，通过第一空气出口将干燥空气排放至顶罩区和绝缘区中的一个或多个；以及
耦接到第二空气入口和第二空气出口的第二涡轮机，设置该第二空气入口以便接收来自机舱区域的空气，且设置第二空气出口以便将空气排放到飞机外部，第二涡轮机至少部分地由第二空气入口和第二空气出口之间的压力差引起的气流所驱动；
其中，第二涡轮机通过驱动结构可操作地耦接到压缩机和第一涡轮机使得第二涡轮机的旋转驱动压缩机和第一涡轮机的旋转。
B2.根据段落B1所述的飞机，进一步包括：
热交换器，其耦接到框架并具有耦接到压缩机的出口的第一热交换器入口；和
水分离器，其耦接到热交换器的第一热交换器出口和第一涡轮机的入口。
B3.根据段落B2所述的飞机，其中：
第二涡轮机的出口耦接到热交换器的第二热交换器入口；且
热交换器的第二热交换器出口耦接到第二空气出口。
B4.根据段落B3所述的飞机，其中，水分离器包括冷凝液导管，其耦接到第二涡轮机的出口以便将水分注入至热交换器的上游或下游的第二涡轮机的出口。
B5.根据段落B3所述的飞机，进一步包括气粒分离器，其设置在第二涡轮机的出口和热交换器的第二热交换器入口之间。
B6.根据段落B3所述的飞机，其中，水分离器包括耦接到热交换器的第二热交换器出口的冷凝液导管。
B7.根据段落B1-B6中任一个所述的飞机，其中，第一涡轮机至少部分地由压缩机的出口和第一空气出口之间的气流压力差所驱动。
B8.根据段落B1-B7中任一个所述的飞机，进一步包括耦接到驱动结构的电动马达。
B9.根据段落B8所述的飞机，当第二空气入口和第二空气出口之间的压力差不足以驱动第二涡轮机时，该电动马达配置为驱动压缩机、第一涡轮机和第二涡轮机。
B10.根据段落B1-B9中任一个所述的飞机，其中，第二涡轮机的第二涡轮机排气处于水的结冰点之上的温度。
B11.根据段落B1-B10中任一个所述的飞机，其中，干燥空气包括每磅具有约10格令或更少的水的空气。
B12.根据段落B1-B11中任一个所述的飞机，其中，干燥空气包括每磅具有约6格令或更少的水的空气。
B13.根据段落B1-B12中任一个所述的飞机，其中，干燥空气包括约水的结冰点至约零华氏度的温度。
B14.根据段落B1-B13中任一个所述的飞机，其中，湿气包括具有每磅约大于10格令的水的空气。
C1.一种干燥空气的方法，该方法包括：
通过第一空气入口将湿气接收入压缩机；
通过第一空气出口将干燥空气从第一涡轮机排出，其中，第一涡轮机与压缩机流体连通；
利用第二空气入口和第二空气出口之间的压力差引起的气流至少部分地驱动第二涡轮机，第二空气入口和第二空气出口耦接到第二涡轮机；以及
利用第二涡轮机的旋转，通过驱动结构至少部分地驱动压缩机和第一涡轮机的旋转。
C2.根据段落C1所述的方法，进一步包括：
利用第一涡轮机的上游的热交换器降低来自压缩机的压缩机排气的温度；和
利用热交换器和第一涡轮机之间的水分离器将湿气从压缩机排气分离。
C3.根据段落C2所述的方法，进一步包括将来自水分离器的冷凝液排放至第二涡轮机的出口以便将湿气注入至在热交换器的上游或下游的第二涡轮机的出口。
C4.根据段落C3所述的方法，进一步包括利用设置在第二涡轮机和热交换器之间的气粒分离器将固体壳体从第二涡轮机排气分离。
C5.根据段落C2-C4中任一个所述的方法，进一步包括将冷凝液从热交换器的下游的水分离器分离。
C6.根据段落C1-C5中任一个所述的方法，其中，利用压缩机的出口和第一空气出口之间的气流压力差至少部分地驱动第一涡轮机。
C7.根据段落C1-C6中任一个所述的方法，进一步包括当第二空气入口和第二空气出口之间的压力差不足以驱动第二涡轮机时，利用电动马达驱动压缩机、第一涡轮机和第二涡轮机。
C8.根据段落C1-C7中任一个所述的方法，其中，第二涡轮机的第二涡轮机排气处于水的结冰点之上的温度。
C9.根据段落C1-C8中任一个所述的方法，其中，干燥空气包括具有每磅约10格令或更少的水的空气。
C10.根据段落C1-C9中任一个所述的方法，其中，干燥空气包括具有每磅约6格令或更少的水的空气。
C11.根据段落C1-C10中任一个所述的方法，其中，干燥空气包括约水的结冰点至约零华氏度的温度。
C12.根据段落C1-C11中任一个所述的方法，其中，湿气包括具有每磅约大于10格令的水的空气。
在图中，参照上文，连接各种元件和/或部件的实线(如果有的话)可以表示机械、电气、流体、光学、电磁和其它耦接和/或其组合。如本文所使用，“耦接”意味着直接以及间接地相关联。例如，构件A可以例如经由另一构件C直接地与构件B相关联，或者可以间接地与其相关联。应当理解的是，没必要表示各种公开的元件之间的所有关系。因此，还可以存在除了附图所示的那些之外的耦接。标明各种元件和/或部件的连接框(如果有的话)表示在功能和用途上与由实线表示的那些相类似的耦接；然而，由虚线表示的耦接可以被选择地提供，或可以涉及本公开的备选示例。同样地，用虚线表示的元件和/或部件(如果有的话)表示本公开的备选示例。实线和/或虚线所示的一个或多个元件可以从特定示例中省去，而不脱离本公开的范围。用点线表示环境元件(如果有的话)。为了清楚起见，还可以示出虚拟(假想)元件。本领域技术人员应当理解的是，图中所示的某些特征可以以各种方式进行组合，而无需包括图中、其它附图、和/或所附公开描述的其他特征，即使这种组合在本文没有明确地示出。类似地，不限于给出的示例的附加特征可以与本文所示和所述的某些或全部特征进行组合。
在图4中，参照上文，这些框可以表示操作和/或其一部分，且连接各个框的线并不暗示任何特定顺序，或者操作或其部分的相关性。由虚线表示的框(如果有的话)表示备选操作和/或其部分。连接各个框的虚线(如果有的话)表示操作和/或其部分的备选相关性。应当理解的是，没必要表示各种公开的操作之间的所有相关性。图4和描述在本文阐述的方法的操作的所附公开内容不应被解释为必须确定操作要执行的序列。相反，尽管指示了一个说明性顺序，但是应当理解的是，在适当的时候可以修改操作的序列。因此，可以以不同的顺序或同时地执行特定操作。另外，本领域技术人员应理解的是，不是所有描述的操作都需要执行。
在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对所公开的概念的透彻理解，所公开的概念可以在没有某些或全部的这些细节的情况下实施。在其它情况下，已经省略了已知装置和/或过程的细节，以避免不必要地使本公开模糊。虽然将结合具体示例来描述一些概念，但是应当理解这些示例不是用于限制。
除非另有说明，否则本文中使用的术语“第一”、“第二”等仅作为标注，并且不旨在将顺序的、位置的或分级的要求强加在这些术语涉及的项目上。此外，参考例如“第二”项目不要求或排除例如“第一”或者更低编号项目，和/或例如“第三”或者更高编号项目的存在。
在本文中参考“一个示例”意指结合示例描述的一个或多个特征、结构或特性被包括在至少一个实现方式中。在本说明书中，各个地方中的短语“一个示例”可指代或者可不指代相同示例。
如本文中使用的，“配置为”执行指定功能的系统、设备、结构、制品、元件、组件或者硬件实际上是在没有任何变化的情况下能够执行该指定功能，而不是仅仅具有在进一步修改之后执行该指定功能的潜力。换言之，“配置为”执行指定功能的系统、设备、结构、制品、元件、组件或者硬件是为了执行该指定功能的目的特别选择、创建、实现、利用、编程和/或设计的。如本文中使用的，“配置为”表示能够使系统、设备、结构、制品、元件、组件或者硬件在没有进一步修改的情况下执行该指定功能的系统、设备、结构、制品、元件、组件或者硬件的现有特征。出于本公开的目的，描述为“配置为”执行特定功能的系统、设备、结构、制品、元件、组件或者硬件可另外或备选地被描述为“适用于”和/或“可操作用以”执行该功能。
本文中所公开的设备和方法的不同示例包括各种部件、特征和功能。应当理解，本文公开的设备、系统和方法的各种示例可以以任意的组合包括本文所公开的设备和方法的任何其他示例的任何部件、特征以及功能，并且所有这种可能性意指在本公开内容的范围内。
本公开所属领域的技术人员将想到本文中阐述的示例的许多修改，其具有在以上描述和相关视图中呈现的教导的益处。
因此，应当理解，本公开不限于示出的具体示例，并且修改和其他示例旨在被包括在所附权利要求书的范围内。此外，尽管上述描述和相关附图在元件和/或功能的某些说明性组合的背景下描述了本公开的示例，但是应当理解，在不偏离所附权利要求的范围的情况下元件和/或功能的不同组合可由备选实现方式提供。因此，如果有的话，所附权利要求中的带括号的附图标记仅呈现用于说明的目的且非旨在将所要求保护的主题的范围限制到本公开所提供的具体示例。
Claims (14)
1.一种空气干燥系统(200)，包括：
压缩机(207)，耦接到第一空气入口(201)，所述压缩机通过所述第一空气入口接收湿气(350)；
第一涡轮机(205)，与所述压缩机(207)流体连通并耦接到第一空气出口(203)，干燥空气(360)通过所述第一空气出口排出；以及
第二涡轮机(206)，耦接到第二空气入口(202)和第二空气出口(204)并至少部分地由所述第二空气入口(202)和所述第二空气出口(204)之间的压力差引起的气流所驱动；
其中，所述第二涡轮机(206)通过驱动结构(211)可操作地耦接到所述压缩机(207)和所述第一涡轮机(205)，使得所述第二涡轮机(206)的旋转驱动所述压缩机(207)和所述第一涡轮机(205)的旋转。
2.根据权利要求1所述的空气干燥系统(200)，进一步包括：
热交换器(210)，具有耦接到所述压缩机(207)的出口(251)的第一热交换器入口(250)；以及
水分离器(209)，耦接到所述热交换器(210)的第一热交换器出口(252)和所述第一涡轮机(205)的入口(253)。
3.根据权利要求2所述的空气干燥系统(200)，其中：
所述第二涡轮机(206)的出口(255)耦接到所述热交换器(210)的第二热交换器入口(256)；且
所述热交换器(210)的第二热交换器出口(257)耦接到所述第二空气出口(204)。
4.根据权利要求3所述的空气干燥系统(200)，其中，所述水分离器(209)包括冷凝液导管(240、242)，所述冷凝液导管耦接到所述第二涡轮机(206)的出口(255)以便将水分(241)注入至所述热交换器(210)的上游或下游的所述第二涡轮机(206)的出口(255)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的空气干燥系统(200)，其中，所述第一涡轮机(205)至少部分地被所述压缩机(207)的出口(251)和所述第一空气出口(203)之间的气流压力差驱动。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的空气干燥系统(200)，进一步包括耦接到所述驱动结构(211)的电动马达(208)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的空气干燥系统(200)，其中，所述干燥空气(360)包括每磅空气具有约10格令或更少的水的空气。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的空气干燥系统(200)，其中，所述干燥空气(360)包括约水的结冰点至约零华氏度的温度。
9.一种干燥空气的方法，所述方法包括以下步骤：
通过第一空气入口(201)将湿气(350)接收到压缩机(207)中；
通过第一空气出口(203)将干燥空气(360)从第一涡轮机(205)排出，其中，所述第一涡轮机(205)与所述压缩机(207)流体连通；
利用由第二空气入口(202)和第二空气出口(204)之间的压力差引起的气流来至少部分地驱动第二涡轮机(206)，所述第二空气入口(202)和所述第二空气出口(204)耦接到所述第二涡轮机(206)；以及
利用所述第二涡轮机(206)的旋转，通过驱动结构(211)至少部分地驱动所述压缩机(207)和所述第一涡轮机(205)的旋转。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
利用所述第一涡轮机(205)的上游的热交换器(210)降低来自所述压缩机(207)的压缩机排气(281)的温度；并且
利用所述热交换器(210)和所述第一涡轮机(205)之间的水分离器(209)将水分(241)与所述压缩机排气(281)分离。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：将来自所述水分离器(209)的冷凝液排放至所述第二涡轮机(206)的出口(255)，以便将水分(241)注入至所述热交换器(210)的上游或下游的所述第二涡轮机(206)的出口(255)。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，进一步包括至少部分地利用所述压缩机(207)的出口(251)和所述第一空气出口(203)之间的气流压力差来驱动所述第一涡轮机(205)。
13.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，进一步包括当所述第二空气入口(202)和所述第二空气出口(204)之间的压力差不足以驱动所述第二涡轮机(206)时，利用电动马达(208)驱动所述压缩机(207)、所述第一涡轮机(205)和所述第二涡轮机(206)。
14.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中，所述干燥空气(360)包括每磅空气具有约10格令或更少的水的空气。
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